自然矢量辅助惯性的洋面长航时自主导航技术研究

For the background of marine carrier autonomous navigation for long voyage, gravity and polarization light aided inertial navigation method based on vectors of gravity and direction of the sun is proposed in this project. The navigation technique based on the atmospheric polarization dynamic characteristics is deeply studied, transforming the polarization mode effectively into heading parameter. In order to guarantee the autonomy of the system, the real-time extraction method of gravity anomaly without GPS is discussed, separating the weak gravity anomaly from marine gravity measurement signal. For the purpose of validating the methods discussed above, semi-physical simulation platform is set up. Then, kalman filter algorithm of natural vector aided inertial navigation is researched for gravity matching. Model optimization and parameter adjustment are carried on based on the navigation results. Natural vector aided inertial navigation system proposed in this project will become a new approach for marine carrier navigation, which has important research significance.

针对洋面运载体长航时自主导航的应用背景，本项目以重力矢量和太阳方向矢量为基准，提出重力、偏振光辅助惯性的无源定位定向方式。深入研究基于大气动态偏振特性的导航技术，揭示偏振模式与航向的内在关系，为重力异常提取提供长航时有效的航向信息；为保证系统自主性和抗干扰，研究无GPS条件下的重力异常在线提取方法，从海洋重力测量信号中分离出微弱的重力异常；为验证方法的有效性，构建半物理仿真平台，研究自然矢量辅助惯性的卡尔曼滤波算法，实现惯性/重力匹配，验证系统性能，并进一步优化模型和参数。本项目提出的自然矢量辅助惯性的导航系统将成为洋面运载体导航的一种新方式，完全摆脱对卫星系统的依赖，具有十分重要的研究意义。

针对洋面运载体长航时自主导航的应用背景，本项目以重力矢量和太阳方向矢量为基准，提出重力、偏振光辅助惯性的无源定位定向方式。深入研究了基于大气偏振特性的导航技术，揭示了偏振模式与航向间的内在关系，为重力异常提取提供长航时有效的航向信息，航向角精度为0.1°；为保证系统自主性和抗干扰，研究了无GPS条件下的重力异常在线提取方法，从海洋重力测量信号中分离出微弱的重力异常，重力异常误差≤3mGal；为验证方法的有效性，构建半物理仿真平台，研究自然矢量辅助惯性的卡尔曼滤波算法，实现惯性/重力匹配，验证了系统性能，组合后的位置误差在重力异常匹配区域小于一个重力图网格；此外，提出了一种基于加权矢量和的TRIAD算法实现了重力辅助惯性导航系统的系泊对准，具有计算量小、精度高、耗时短的特点。综上，本项目提出的自然矢量辅助惯性的导航系统将成为洋面运载体导航的一种新方式，完全摆脱对卫星系统的依赖，具有十分重要的理论意义和应用价值。